Catálogo de aceros de alta velocidad

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¿Qué es el acero de alta velocidad?

El acero para herramientas de alta velocidad (HSS) es una aleación compleja a base de hierro, diseñada específicamente para el mecanizado de materiales a altas velocidades de corte. Al utilizarse para el corte de metales a alta velocidad, se generan altas temperaturas, lo que provoca que el acero común pierda su dureza y capacidad de corte. Sin embargo, el acero para herramientas de alta velocidad no pierde su dureza, incluso al calentarse a temperaturas cercanas al rojo vivo, y mantiene una buena dureza de corte.

Composición y elementos de aleación

Los aceros para herramientas de alta velocidad se componen principalmente de carbono, cromo, vanadio, molibdeno o tungsteno, o combinaciones de estos, y en ocasiones contienen cantidades sustanciales de cobalto. El contenido total de aleación en los aceros de alta velocidad generalmente oscila entre 20% y 40%. Todos los aceros de alta velocidad, ya sean de molibdeno o tungsteno, contienen aproximadamente 4% de cromo. Los diversos elementos de aleación del acero de alta velocidad son los factores clave que determinan su templabilidad, alta resistencia al desgaste, resistencia al ablandamiento térmico y excelente tenacidad, lo que lo hace ideal para operaciones de corte industrial.

Los elementos de aleación clave y sus efectos incluyen:

• Tungsteno (W)La serie T de aceros rápidos (HSS) contiene tungsteno de 12% a 20%, junto con cromo, vanadio y cobalto como elementos de aleación principales. El tungsteno es un elemento formador de carburo muy potente, y su adición sustancial produce grandes cantidades de carburos de aleación estables a alta temperatura, lo que aumenta significativamente la resistencia al desgaste y la dureza en rojo. Un grado popular inicial, el 18-4-1 (T1), contiene aproximadamente tungsteno de 18%.
• Molibdeno (Mo)La serie M contiene aproximadamente entre 3,5% y 10% de molibdeno, con cromo, vanadio, tungsteno y cobalto como elementos de aleación. El molibdeno, al igual que el tungsteno, es un potente formador de carburos y contribuye significativamente a la resistencia al revenido y al mantenimiento de una alta dureza a temperaturas de corte (dureza roja). Los aceros de molibdeno suelen ser más económicos, presentan mayor resistencia a la abrasión y menor distorsión durante el tratamiento térmico que los aceros de la serie T.
• Cromo (Cr)Todos los aceros rápidos contienen aproximadamente cromo 4%. El cromo forma carburos (p. ej., M23C6 y M7C3) que se disuelven fácilmente y se disuelven a temperaturas típicas de tratamiento térmico, lo que favorece la templabilidad. También mejora la resistencia a la descamación a altas temperaturas de mecanizado.
• Vanadio (V)El contenido de vanadio en el acero rápido (HSS) varía y, por lo general, al aumentar el contenido de vanadio, también aumenta el contenido de carbono. El vanadio es un potente formador de carburos y forma carburos MC muy duros y resistentes a la abrasión. Un mayor contenido de vanadio ofrece mayor resistencia al desgaste y dureza en caliente. El carburo de vanadio también actúa como refinador de grano.
• Cobalto (Co)El cobalto se añade a algunos grados de acero rápido (HSS) para mejorar la capacidad de corte y es un elemento de aleación importante en ciertos aceros de las series T y M. Su principal efecto es aumentar la dureza en caliente, mejorando así la eficiencia de corte cuando se alcanzan altas temperaturas en la herramienta durante el corte. El cobalto eleva el punto de fusión y puede aumentar las temperaturas de tratamiento térmico. Si bien aumenta la dureza al rojo, las adiciones de cobalto aumentan ligeramente la fragilidad de los aceros para herramientas de alta velocidad. El cobalto no forma carburos, pero potencia el efecto de endurecimiento por precipitación de otros elementos de aleación.
• Carbono (C)Un alto contenido de carbono es crucial para producir una matriz martensítica dura y formar carburos primarios, lo que proporciona resistencia a la abrasión. El contenido de carbono suele variar entre 0,701 TP3T y 1,51 TP3T. Los grados con bajo contenido de carbono son más tenaces, mientras que los grados con alto contenido de carbono ofrecen mayor dureza y resistencia al desgaste.
• Nitrógeno (N)El nitrógeno suele estar presente en el acero rápido fundido al aire en cantidades de entre 0,021 TP₃T y 0,031 TP₃T. Aumentar deliberadamente el nitrógeno a entre 0,04 y 0,051 TP₃T con mayor cantidad de silicio puede aumentar ligeramente la dureza máxima alcanzable por revenido y modificar la morfología del carburo.

Tratamiento térmico

1. AustenitizaciónCuando el acero de alta velocidad se calienta a aproximadamente 840 °C, la ferrita se transforma en austenita y algunos carburos de aleación pueden disolverse. Al calentarse a 1120 °C o más, todos los carburos M23C6 se disuelven, y hasta 50% de carburos M6C y MC también pueden disolverse. Esto disuelve el carbono en la matriz de austenita, proporcionando el contenido de aleación y carbono necesario para la templabilidad, la dureza en caliente y la resistencia al revenido.
2. EnfriamientoTras la austenización, el acero HSS puede enfriarse al aire en calma hasta alcanzar una dureza casi máxima, pero a menudo se templa en aceite caliente para una disipación de calor más rápida y una mayor dureza. El temple transforma la mayor parte de la austenita con alto contenido de carbono en martensita, aunque puede conservarse algo de austenita.
3. TempladoLa microestructura final tras el revenido se compone principalmente de martensita revenida y carburos duros bien distribuidos. El acero rápido es un acero de temple secundario. El revenido múltiple puede convertir la austenita residual en martensita.

Propiedades

1. DurezaLa dureza es la resistencia a la penetración de un indentador con dureza de diamante, medida a temperatura ambiente. El acero rápido (HSS) suele contener suficiente carbono para permitir el endurecimiento a 64 HRC. El HSS de uso general, como M1 y M7, suele tratarse térmicamente a 64-66 HRC, mientras que el HSS con cobalto suele alcanzar 65-67 HRC. Los aceros superrápidos, en particular la serie M40, pueden tratarse térmicamente a 70 HRC.
2. Dureza en caliente (dureza roja)Esta es la capacidad del acero para mantener una alta dureza a temperaturas elevadas. Esta se incrementa principalmente con cobalto, vanadio y molibdeno. Las herramientas HSS pueden mantener un filo afilado hasta temperaturas cercanas a los 650 °C (1200 °F).
3. Resistencia al desgasteEsta es la resistencia a la abrasión. Está fuertemente influenciada por la dureza y composición de la matriz, los carburos secundarios precipitados (M₂C y MC) y el volumen y la naturaleza del exceso de carburos de aleación. Una mayor dureza generalmente conlleva una mayor resistencia al desgaste, especialmente en condiciones de corte abrasivo.
4. DurezaEl acero rápido (HSS) generalmente posee buena tenacidad para un uso eficaz en operaciones de corte industrial. Es notablemente más tenaz que los materiales de carburo, especialmente en aplicaciones de corte interrumpido. Sin embargo, su dureza extremadamente alta y su alto contenido de carburo pueden reducir la tenacidad en comparación con otros aceros para herramientas. El acero rápido de precisión (P/M) ofrece una tenacidad mejorada gracias a una distribución uniforme y fina del carburo.
5. TemplabilidadEl HSS se endurece tan profundamente que casi cualquier sección utilizada comercialmente tendrá una dureza uniforme desde el centro hasta la superficie.

Clasificaciones

Aquí utilizamos el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) clasificación.

1. Serie T (Aceros de tungsteno para herramientas de alta velocidad): Estos aceros contienen tungsteno 12% a 20% y se designan con la letra "T". El T1, también conocido como 18-4-1 (18% W, 4% Cr, 1% V), es un ejemplo clásico. El tipo T1 no contiene molibdeno ni cobalto. Los tipos de tungsteno con base de cobalto van del T4 al T15 y contienen diversas cantidades de cobalto.
2. Serie M (aceros de molibdeno para herramientas de alta velocidad): Estos aceros contienen aproximadamente entre 3,51 TP3T y 101 TP3T de molibdeno y se designan con la letra «M». Los aceros de la serie M suelen ser más económicos, presentan mayor resistencia a la abrasión y menor distorsión en el tratamiento térmico que los aceros de la serie T. Entre los aceros de molibdeno de uso general más comunes se encuentran los M1, M2 y M7.

Recubrimientos

Los aceros para herramientas de alta velocidad pueden recubrirse con nitruro de titanio, carburo de titanio y otros recubrimientos mediante técnicas de deposición física de vapor (PVD) para mejorar el rendimiento y prolongar la vida útil de la herramienta. La PVD se prefiere al antiguo proceso de deposición química de vapor (CVD) para aceros rápidos (HSS) porque opera a temperaturas más bajas y elimina la necesidad de un tratamiento térmico posterior.

Aplicaciones

Los aceros para herramientas de alta velocidad se utilizan ampliamente en la mayoría de las herramientas de corte comunes. Entre ellas se incluyen:

• Herramientas de torno de una sola punta (brocas, herramientas de corte, insertos).
• Taladros, escariadores, machos de roscar, fresas, fresas de extremo, llaves madre, sierras y brochas.
• Herramientas para cortes pesados o mecanizado de alta velocidad.
• Herramientas de formulario.
• Matrices de conformado en caliente, troquelado fino y otras aplicaciones de conformado en caliente y en frío.
• Aplicaciones de cojinetes (por ejemplo, cojinetes aeroespaciales).
• Componentes estructurales sometidos a altas cargas y temperaturas.
• Herramientas especiales que requieren propiedades específicas, como el brochado de estrías evolventes en piezas brutas de engranajes de transmisión de camiones.

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